بانک مقالات فارسی

مبانی حافظه اصلی PC

مبانی حافظه اصلی PC

منظورما ازحافظه دراین مقاله، فضای کاری پردازنده کامپیوتر می باشد که بعنوان یک محیط ذخیره سازی موقت، برنامه ها و داده هایی را که می بایست توسط پردازنده، مورد پردازش قرار گیرند، روی آن ذخیره می شوند. فضای حافظه، موقت در نظر گرفته می شود زیرا داده ها و برنامه ها مادامی که کامپیوتر دارای توان الکتریکی می باشد، روی حافظه باقی می مانند.
در این مقاله قصد داریم که حافظه را از هر دو جنبه فیزیکی و منطقی مورد بررسی قرار دهیم. ابتدا در خواهیم یافت که حافظه چیست، در کجای معماری PC قرار دارد و چگونه کار می کند. سپس روی انواع گوناگون حافظه، سرعت ها و بسته بندی تراشه ها و ماژول های حافظه، مطالبی را خواهیم آموخت.
همچنین طرح منطقی حافظه، تعریف حوزه های گوناگون و کاربردهای آن ها، از نقطه نظر سیستمی را بررسی خواهیم نمود. از آنجائیکه طرح منطقی ( با کاربردهای حافظه از نقطه نظر پردازنده) مد نظر می باشد، نگاشت حافظه و طرح منطقی آن شاید مشکل ترین موضوعات در مباحث PC تلقی گردد.
حافظه اصلی( اغلب حافظه RAM)، از آن جهت حافظه RAM نامیده می شود که می توان به آن دسترسی غیرترتیبی داشت. این نام اغلب کمی گمراه کننده است. حافظه ROM از نوع دسترسی غیرترتیبی بوده ولی آن را از حافظه RAM متمایز می کنند. زیرا این نوع حافظه، داده ها را حتی پس از قطع توان الکتریکی به سیستم، حفظ می نماید. همچنین حافظه دیسک سخت نیز دارای دسترسی غیرترتیبی است، اما آن را بعنوان حافظه RAM در نظر نمی گیریم. در طی سال ها، تعریف RAM از یک عبارت با حروف اختصاری ساده، به چیزی که بعنوان فضای کاری حافظه اصلی پردازنده مورد استفاده قرار می گیرد، تغییر یافته است و معمولاً از تراشه ای به نام DRAM ساخته می شود. یکی از مشخصات تراشه های DRAM یا RAM دینامیکی، آن است که داده ها را به طور دینامیکی ذخیره می کنند و این در واقع دو معنی دارد. یکی اینکه اطلاعات را می توان بارها و بارها روی حافظه RAM بازنویسی نمود. معنای دوم این مفهوم آن است که حافظه های DRAM الزام می دارند که داده ها، هر چند میلی ثانیه یکبار، مجدداً روی این نوع حافظه بازنویسی گشته یا به اصطلاح Refresh گردند.
نوعی از حافظه RAM به نام RAM استاتیکی( SRAM) نیازی به بازسازی پریودیک ( Refresh) ندارد. این مشخصه مهم RAM بدان معناست که داده ها فقط هنگامی ذخیره می شوند که توان الکتریکی موجود باشد. هنگامی که ما در مورد حافظه کامپیوتری صحبت می کنیم، معمولاً منظورمان حافظه RAM یا حافظه فیزیکی سیستم می باشد که اصولاً تراشه ها یا ماژول های مورد استفاده به وسیله پردازنده برای ذخیره سازی برنامه ها و داده ها مد نظر می باشند. این عبارت اغلب با کلمه Storage اشتباه گرفته می شود چرا که عبارت Storage باید هنگامی استفاده گردد که به چیزهایی همانند دیسک سخت یا نوارهای مغناطیسی اشاره می کنید. اگرچه آن ها می توانند بعنوان شکلی از RAM با نام حافظه مجازی، مورد استفاده قرار گیرند.
واژه RAM را می توان هم به تراشه های فیزیکی که حافظه سیستم را شکل می دهند، اطلاق نمود و هم به طرح یا نگاشت منطقی حافظه منصوب می گردد. نگاشت یا طرح منطقی، به چگونگی نگاشت آدرس های حافظه به تراشه های واقعی و هریک از مکان های آدرس، اطلاق می شود.
کاربران تازه وارد به دنیای کامپیوتر، اغلب حافظه اصلی ( RAM) را با Storage اشتباه می گیرند. زیرا هر دوی آن ها دارای ظرفیت هایی هستند که با واحدهای مشابهی بیان می گردند. بهترین تشابه برای توضیح رابطه بین حافظه و Storage، تصور یک دفتر کار با یک میز تحریر و یک کمد فایل می باشد. میز تحریر را می توان بعنوان حافظه RAM و کمد فایل را، Storage تعریف نمود. در این مثال کمد فایل که نقش دیسک سخت را بازی می کند، برنامه ها و داده های کامپیوتری را برای مدت زمان طولانی نگهداری می نماید. میز تحریر، نقش حافظه اصلی سیستم را بازی نموده و امکان می دهد تا شخص کارمند که بعنوان پردازنده عمل می نماید، به هریک از فایل های موجود در آن دسترسی مستقیم داشته باشد. فایل ها، برنامه ها و اسنادی هستند که می توانید بداخل حافظه منتقل کنید. برای کار با یک فایل ویژه، می بایست آن را از کابینت فایل برداشته و روی میز تحریرقرار دهید. اگر این کشو به اندازه کافی بزرگ باشد، ممکن است در آن واحد روی آن، چندین فایل را داشته باشید. به همین صورت اگر سیستم شما دارای حافظه بیشتری باشد، می توانید برنامه های بیشتر یا بزرگتری را اجرا نموده و روی اسناد بزرگتری کار کنید.
افزودن دیسک سخت به یک سیستم، همانند قرار دادن یک کابینت فایل بزرگتر در دفتر کار می باشد. فایلهای بیشتری را می توان به طور دائمی در آن نگهداری نمود. افزودن حافظه بیشتر به یک سیستم، همانند استفاده از یک میز بزرگتر می باشد. شما می توانید در آن واحد، روی برنامه ها و داده های بیشتری کار کنید.
یک تفاوت بین این مثال و روشی که اجزای کامپیوتر کار می کنند، آن است که هنگامی که یک فایل به داخل حافظه بارگذاری می شود، در واقع یک کپی از فایل به حافظه منتقل می شود. هنوز فایل اصلی در داخل دیسک سخت وجود دارد. به دلیل ماهیت موقتی حافظه، هریک از فایل هایی را که پس از انتقال به داخل حافظه، تغییر کرده باشند هنگام انتقال به دیسک سخت، می بایست مجدداً ذخیره گردند. اگر فایل تغییر یافته مجدداً ذخیره نگردد، کپی اصلی فایل روی دیسک سخت، به صورت تغییر نیافته باقی می ماند. این درست مثل گفتن آن است که هنگام تعطیل شدن و پایان وقت اداری، هر تغییر ایجاد شده در فایل های باقیمانده روی آن نادیده گرفته می شود. حافظه، برنامه ها را هنگام اجرای آن ها، همراه با داده هایی که به وسیله این برنامه مورد استفاده قرار می گیرند، به طور موقتی نگهداری می نماید. تراشه های RAM، گاهی اوقات Volatile Storage نامیده می شوند زیرا هنگامی که شما کامپیوتر را خاموش می کنید یا یک نوسان در جریان برق ایجاد می شود، اطلاعات ذخیره شده در RAM از بین می رود مگر آنکه شما آن ها را روی دیسک سخت ذخیره کرده باشید. برای فهم بهتر حافظه فیزیکی یک سیستم، شما می بایست ببینید که آن ها در کجا قرار دارند و چگونه خود را با سیستم وفق می دهند. سه نوع اصلی حافظه فیزیکی که در کامپیوترهای شخصی امروزی مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:
ROM( حافظه فقط خواندنی)
DRAM( حافظه دینامیکی با دسترسی غیرترتیبی)
SRAM( حافظه RAM استاتیکی)
تنها نوع حافظه که شما نیاز به خرید و نصب آن روی سیستم دارید، حافظه DRAM می باشد. سایر انواع حافظه، بصورت داخلی در مادربورد(ROM)، پردازنده( SRAM) و سایر قطعات مثل کارت ویدئویی، دیسک های سخت و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

سخت افزار ROM

حافظه فقط خواندنی یا ROM، نوعی حافظه است که می تواند به طور دائمی یا نیمه دائمی داده ها را نگهداری نماید. از آن جهت به آن حافظه فقط خواندنی می گویند که نوشتن مجدد روی آن یا غیرممکن یا بسیار مشکل می باشد. ROM همچنین، حافظه غیرفرار نامیده می شود زیرا هر داده ای که روی آن ذخیره می شود، حتی پس از قطع برق نیز در آن حفظ می گردد. بنابراین ROM مکانی ایده آل برای قرار دادن دستورالعمل های Startup کامپیوتر شخصی می باشد؛ بدان معنا که نرم افزاری که سیستم را بوت می کند( بایوس) می بایست در داخل این حافظه نگهداری نمایید. برای مثال هنگامی که کامپیوتر را روشن می کنیم، پردازنده به طور اتوماتیک به آدرس FFFF0h پرش نموده و در آنجا به دنبال دستورالعمل هایی می گردد که به کامپیوتر می گویند چه کاری انجام دهد. این مکان دقیقاً از انتهای اولین مگابایت فضای RAM و نیز انتهای خود حافظه ROM، شانزده بایت طول دارد. در صورتی که این مکان در داخل تراشه های منظم RAM نگاشت گردد، هر داده ذخیره شده در آنجا هنگام قطع توان، پاک می گردد و پردازنده دفعه بعد هنگام روشن کردن کامپیوتر، دستورالعملی را در آنجا نخواهد یافت. با قرار دادن یک تراشه ROM در این آدرس، یک برنامه Startup سیستمی می تواند به طور دائمی در داخل ROM بارگذاری گشته و هر بار سیستم روشن می شود، قابل دسترس خواهد بود.
معمولاً حافظه ROM سیستم، در آدرس E0000h یا F0000h آغاز می گردد که ۱۲۸ یا ۶۴ کیلوبایت از انتهای اولین مگابایت حافظه را اشغال می کند. از آنجائیکه تراشه ROM معمولاً تا ۱۲۸ کیلوبایت ظرفیت دارد، برنامه های ROM مجاز خواهند بود تا کل ۱۲۸ کیلوبایت آخر اولین مگابایت حافظه RAM را اشغال نمایند( شامل آدرس دستورالعمل Startup در آدرس FFFF0h که ۱۶ بایت از انتهای فضای بایوس را اشغال می کند. برخی تراشه های ROM مادربرد تا ۲۵۶ کیلوبایت یا ۵۱۲ کیلوبایت ظرفیت دارند. برنامه اضافی در این تراشه ها برای نگهداری درایور کارت ویدئویی( آدرس های C0000h-C7FFFh) روی مادربوردها استفاده می گردد.
به نظر عجیب می رسد که کامپیوتر شخصی اجرای دستورالعمل های بایوس را از ۱۶ بایت آخر حافظه ROM آغاز می کند، اما این یک طرح هدفمند می باشد. همه آنچه که یک برنامه نویس ROM مجبور به انجام آن است، قرار دادن یک دستورالعمل Jmp(jump) در آن آدرس می باشد که به پردازنده می گوید به شروع واقعی برنامه ROM در اغلب موارد نزدیک به آدرس F0000h پرش نماید که معمولاً ۶۴ کیلوبایت اول حافظه است. این کار مثل آن است که خواندن هر کتاب را از ۱۶ صفحه انتهای آن آغاز نموده و سپس همه ناشرین کتاب با یکدیگر توافق نمایند تا یک دستورالعمل را در انتهای کتاب قرار داده که به خواننده بگوید به صفحه اول کتاب، در کدام قسمت آن مراجعه کند. با تنظیم مکان Startup با این روش، شرکت اینتل امکان داد تا تراشه ROM به هر اندازه دلخواهی رشد کند. ضمن اینکه این محیط را در انتهای بالای آدرس ها در اولین مگابایت فضای آدرس حافظه حفظ می نماید.
برنامه اصلی بایوس ROM در داخل یک تراشه ROM روی مادربرد قرار دارد، اما کارت های آداپتور با تراشه های ROM، دارای روتین های بایوس ثانوی بوده و درایورهای مورد نیاز برای یک کارت الحاقی خاص،( به ویژه کارت های سخت افزاری که می بایست در طی فرایند بوت فعال باشند مثل کارت های ویدئویی) در داخل تراشه اصلی مادربرد قرار می گیرند. کارت هایی که نیاز به درایورهای فعال در طی پروسه بوت ندارند( همانند کارت های صوتی) معمولاً نیازی به تراشه ROM ندارند زیرا این درایورها را بعداً می توان از روی دیسک سخت فراخوانی نمود.
از آنجائیکه بایوس، بخش اصلی کد ذخیره شده در ROM می باشد، ما غالب ROM را، ROM BIOS می نامیم. در PCهای قدیمی تر، ROM BIOS می تواند شامل ۵ یا ۶ تراشه باشد. اما اغلب PCهای امروزی فقط یک تراشه ROM دارند.
ROMهای کارت آداپتور، همانند آنهایی که به وسیله کارت های ویدئویی، اسکازی و کارت های شبکه( در ایستگاه های کاری بدون دیسک) مورد استفاده قرار می گیرند در طی اولین بخش پروسه بوت( POST) به طور اتوماتیک به وسیله ROM مادربرد، اسکن شده و خوانده می شوند. ROM مادربرد، محیطی ویژه از حافظه RAM رزرو شده برای ROMهای آداپتور( آدرس C0000-DFFFFh) را با هدف یافتن فایل های ۵۵AAh Signature( که نشان دهنده شروع یک ROM می باشند) را جستجو نموده و می خواند.
همه ROMهای آداپتور می بایست با ۵۵AAh آغاز شوند در غیر اینصورت، مادربرد نمی تواند آن ها را تشخیص دهد. بایت سوم نشان می دهد که اندازه ROM در واحدهای ۵۱۲ بایتی به نام Paragraphs تخصیص داده شده و بایت چهارم، شروع واقعی برنامه های درایور می باشد. بایت اندازه به وسیله ROM مادربرد برای اهداف تست مورد استفاده قرار می گیرد. ROM مادربرد، همه بایت های ROM را به یکدیگر اضافه نموده و حاصل جمع را به تعداد بایت ها تقسیم می کند. نتیجه می بایست یک باقیمانده ۱۰۰h را تولید نماید. بدینگونه هنگام ایجاد یک ROM برای یک آداپتور، برنامه نویس معمولاً از یک بایت fill در انتها برای عملیات Checksum استفاده می نماید. با استفاده از این Checksum، مادربرد هر ROM آداپتور را در طی POST تست نموده و هر موردی که دچار اشکال شده باشد را علامت گذاری می کند.
بایوس مادربرد به طور اتوماتیک این برنامه را در هریک از آداپتورها اجرا می نماید. شما این مسأله را در اغلب سیستم ها هنگام روشن نمودن کامپیوتر و اجرای عملیات POST مشاهده می کنید.

ROM Shadowing

تراشه های ROM به واسطه طبیعت شان خیلی کند هستند. زمان های دسترسی آن ها ۱۵۰ نانوثانیه می باشد که در مقایسه با زمان های دسترسی ۱۰ نانوثانیه ای حافظه های DRAM خیلی کند به نظر می رسد. به همین دلیل به طور مجازی همه سیستم ها، تراشه های ROM را Shadow می نمایند. بدان معنا که آن ها در طی پروسه Startup به منظور دسترسی سریع تر در طی عملیات نرمال، در داخل تراشه های DRAM کپی می شوند. پروسه ROM Shadowing، ROM را داخل RAM کپی نموده و همان آدرس اصلی ROM را به RAM تخصیص می دهد و سپس ROM واقعی را غیرفعال می نماید. با این کار به نظر می رسد که حافظه ROM، هم سرعت با RAM اجرا می شود.
بهره عملکرد حاصل از بکارگیری تکنیک ROM Shadowing اغلب خیلی کم می باشد و در صورت عدم Setup صحیح می تواند سبب بروز مشکلاتی گردد. بنابراین در اغلب موارد، کار معقول آن است که فقط بایوس مادربرد( و حداکثر بایوس کارت تصویر) را Shadow نموده و سایر قسمت های بایوس را نادیده بگیرید.
معمولاً تکنیک ROM Shadowing تنها وقتی مفید است که شما سیستم های عامل ۱۶ بیتی مثل DOS یا ویندوز X3 را اجرا می کنید. در صورتی که سیستم های عامل ۳۲ بیتی یا ۶۴ بیتی استفاده قرار کنید، تکنیک ROM Shadowing مفید واقع نمی شود زیرا این سیستم های عامل هنگام اجرا از کد ۱۶ بیتی ROM استفاده نمی کنند. در عوض این سیستم های عامل، درایورهای ۳۲ بیتی را به داخل حافظه RAM منتقل نموده که جایگزین کد بایوس ۱۶ بیتی که فقط در طی مرحله Startup سیستم مورد استفاده قرار می گیرد، می نماید.
فرمان های کنترلی ROM Shadowing، در برنامه CMOS Setup در ROM مادربرد یافت می شود.

انواع تراشه های ROM

چهار نوع اصلی تراشه های ROM که در PCهای امروزی مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:
ROM( حافظه خواندنی)
PROM( حافظه ROM قابل برنامه ریزی)
EPROM( حافظه PROM قابل پاک شدن)
EEPROM( حافظه PROM قابل پاک شدن به طور الکتریکی که از آن گاهی اوقات بعنوان Flash ROM یاد می شود)
بدون توجه به نوع تراشه ROM که سیستم شما استفاده می نماید، اصولاً داده های ذخیره شده در یک تراشه ROM، غیر فرار بوده و در غیر از مواردی که به طور عمدی پاک می شوند، داده ها را در خود حفظ می نماید.

ROM

اساساً، اغلب تراشه های ROM به گونه ای ساخته می شدند که اطلاعات باینری در همان زمان ساخت تراشه، به داخل آن ها منتقل می گردید. غالب تراشه از نوع سیلیکون بود. این نوع تراشه ها Mask ROM نامیده می شوند زیرا داده ها در داخل ماسکی که غالب تراشه ROM به طور فوتولیتوگرافی از آن تولید می گردید، شکل می گیرد. این نوع روش ساخت، تنها در صورتی اقتصادی است که شما صدها هزار تراشه ROM را با اطلاعات یکسان تولید نمایید. اگر حتی یک بیت از داده ها تغییر نماید شما می بایست ماسک تراشه را تغییر دهید که این به لحاظ اقتصادی اصلاً مقرون به صرفه نمی باشد. به دلیل هزینه های بالا و عدم انعطاف پذیری اکنون دیگر از تراشه های Mask ROM استفاده نمی گردد.

PROM

PROMها نوعی از حافظه ROM هستند که در ابتدا هنگام عرضه به مشتری، خالی از اطلاعات بوده و توسط مشتری برنامه ریزی می گردند. تراشه PROM، در اواخر دهه ۷۰ میلادی توسط شرکت Texas instruments ابداع گردید و در اندازه هایی از یک کیلوبایت تا دو مگابایت و بیشتر در دسترس می باشند. آن ها می توانند به وسیله شماره قطعه خود شناسایی گردند. برای مثال اغلب کامپیوترهای شخصی که از تراشه های PROM استفاده می نمایند دارای تراشه های PROM با شماره قطعه ۲۷۵۱۲ یا ۲۷۱۰۰۰ می باشند که بترتیب، دارای ظرفیت ۶۴ کیلوبایت یا ۱۲۸ کیلوبایت هستند.
با وجودیکه گفتیم این تراشه ها در ابتدا خالی از داده می باشند، در واقع به لحاظ فنی آن ها در ابتدای عرضه به مشتری، دارای اطلاعات « ۱» باینری، در تمام سلول های حافظه خود هستند. به عبارت دیگر یک تراشه ROM یک مگابیتی، دارای یک میلیون مکان بیت می باشد که هریک از آن ها حاوی یک عدد ۱ باینری هستند. سپس یک تراشه PROM خالی را می توان با داده های مورد نظر پر نمود. برای این کار به یک دستگاه مخصوص به نام ROM Programmer نیاز داریم.
برنامه ریزی تراشه ROM، گاهی اوقات burning نامیده می شود که در آن هر بیت ۱ باینری، بعنوان یک فیوز تلقی می شود. اغلب تراشه ها با ولتاژ ۵ ولت کار می کنند. اما هنگامی که یک تراشه PROM، برنامه ریزی می شود، یک ولتاژ بالاتر(معمولاً ۱۲ ولت) به آدرس های گوناگون داخل تراشه اعمال می گردد. این ولتاژ بالاتر در واقع فیوزها را در مکان های مطلوب، می سوزاند و بدین ترتیب برخی از اعداد باینری ۱، به عدد صفر تبدیل می شوند. اگرچه می توان، ۱ باینری را به صفر تبدیل نمود، این فرایند قابل بازگشت نیست. بدان معنا که نمی توان یک صفر باینری را در داخل این تراشه ها به ۱ باینری باز گرداند.
ROM Programmer، برنامه ای را که شما مایلید در داخل تراشه بنویسید بررسی نموده و سپس در مکان های معینی روی تراشه، « ۱» باینری را به «۰» تبدیل می کند.
تراشه های PROM، اغلب به عنوان تراشه های OTP( یک بار قابل برنامه ریزی) یاد می شوند. آن ها یک بار قابل برنامه ریزی بوده و هرگز پاک نمی شوند. اغلب تراشه های PROM، خیلی ارزان هستند. بنابراین اگر بخواهید برنامه داخل این نوع تراشه را تغییر دهید، آن را دور انداخته و یک تراشه جدید را جایگزین آن می کنید.
عمل برنامه ریزی یک تراشه PROM از چند ثانیه تا چند دقیقه( وابسته به اندازه تراشه) و الگوریتم مورد استفاده به وسیله دستگاه برنامه ریزی، به طول می انجامد. برخی از این دستگاه ها در آن واحد می توانند چندین تراشه PROM را برنامه ریزی کنند.

EPROM

شکلی از تراشه PROM که از محبوبیت بسیار بالایی برخوردار است، تراشه EPROM نامیده می شود. یک تراشه EPROM، قابل پاک شدن مجدد اطلاعات می باشد. یک تراشه EPROM را می توان به سادگی از طریق پنجره کریستال کوارتز شفاف آن( که روی سطح قالب تراشه تعبیه شده است) تشخیص داد. تراشه های EPROM دارای طرح شماره گذاری قطعه ۲۷xxxx هستند و به جز وجود یک پنجره کریستالی شفاف در بالای قالب تراشه، کاملاً شبیه تراشه های PROM می باشند.
هدف استفاده از این پنجره، امکان استفاده از نور فرابنفش برای نفوذ به قالب تراشه و پاک کردن محتویات تراشه می باشد. از پنجره کریستال کوارتز استفاده می گردد زیرا اشعه فرابنفش نمی تواند از شیشه معمولی عبور کند. البته وجود پنجره کوارتز باعث می گردد که تراشه های EPROM گران تر از تراشه های OTP PROM باشند.
نور فرابنفش با ایجاد یک واکنش شیمیایی که باعث جوش خوردن نقاط اتصال قطع شده فیوزها می گردد، تراشه را پاک می کند. بدینگونه هر باینری در داخل تراشه، تبدیل به ۱ باینری می گردد و تراشه به حالت اولیه خود که در آن همه سلول های حافظه، مبین عدد ۱ باینری هستند، تبدیل می شود. اشعه فرابنفش می بایست در طول موج ۲۵۳۷ آنگسترم و شدت نور نسبتاً بالای ۱۲۰۰۰ uw/cm2 می باشد که می بایست از فاصله ۲ تا ۳ سانتیمتری روی تراشه بتابد. مدت زمان لازم برای پاک شدن محتویات تراشه، ۵ تا ۱۵ دقیقه می باشد. یک دستگاه EPROM eraser، دارای یک منبع نور فرابنفش می باشد که شما تراشه ها را در داخل این دستگاه در معرض نور فرابنفش قرار می دهید. برخی دستگاه های EPROM eraser حرفه ای، تا ۵۰ تراشه EPROM را در آن واحد پاک می کنند.
پنجره کریستال کوارتز روی یک تراشه EPROM، معمولاً به وسیله یک نوار باریک پوشانده می شود که این کار مانع آن می گردد که تراشه در معرض نور فرابنفش به طور غیرعمدی قرار گیرد. نور فرابنفش موجود در اشعه خورشید و حتی روشنایی استاندارد اتاق می تواند سبب تغییر محتویات تراشه EPROM گردد. به این دلیل پس از آنکه تراشه، برنامه ریزی گردید، شما می بایست با استفاده از یک نوار باریک، پنجره روی تراشه را بپوشانید.

EEPROM

نوع جدیدتری از تراشه ROM، تراشه EEPROM نام دارد که به معنای تراشه PROM است که بطور الکتریکی قابل پاک شدن است. این نوع تراشه ها همچنین flash ROM نامیده می شوند و به واسطه قابلیت شان در پاک شدن و برنامه ریزی مجدد مستقیماً در داخل مدار الکتریکی ( بدون هیچ تجهیزات خاصی) شناسایی می گردند. با استفاده از یک تراشه EEPROM یا flash ROM شما می توانید محتویات تراشه ROM مادربرد را بدون برداشتن این تراشه از روی سیستم یا حتی باز کردن کیس سیستم، پاک نموده و برنامه ریزی مجدد نمایید.
هنگام استفاده از یک تراشه EEPROM، نیازی به دستگاه های ROM Programmer یا EPROM eraser نمی باشد. همه مادربردهای ساخته شده از سال ۱۹۹۴ به بعد از تراشه های EEPROM استفاده می کنند.
شماره قطعه تراشه های ۲۸xxxx، EEPROM یا ۲۹xxxx می باشد. همچنین این تراشه ها فاقد پنجره کوارتز می باشند. وجود تراشه EEPROM یا flash ROM در داخل مادربرد بدان معناست که اکنون می توانید بدون نیاز به تعویض تراشه آن را ارتقاء دهید. در اغلب موارد شما بایوس جدید را از سایت وب سازنده مادربرد دریافت نموده و سپس با استفاده از یک برنامه مخصوص، محتویات تراشه ROM مادربرد خود را روزآمد می نمایید.

DRAM

DRAM، نوعی تراشه حافظه است که در اغلب کامپیوترهای شخصی مدرن مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت اصلی حافظه DRAM آن است که بسیار چگال بوده، بدان معنا که شما می توانید مقدار زیادی از بیت های داده را در داخل یک تراشه خیلی کوچک ذخیره کنید. همچنین این نوع تراشه های حافظه دارای قیمت ارزانی هستند.
سلول های حافظه در یک تراشه DRAM، خازن های کوچکی هستند که با استفاده از ذخیره سازی بار الکتریکی در خود، اطلاعات یک بیت از داده را در خود ذخیره می کنند. مشکل مربوط به حافظه DRAM آن است که آن ها دارای ماهیت دینامیکی هستند. همچنین به دلیل طرح خاص آن ها، می بایست دائماً Refresh گردند. در غیر اینصورت بارهای الکتریکی در تک تک خازن های حافظه، از دست خواهد رفت و داده ها پاک می شوند. اغلب سیستم ها، دارای یک کنترلر حافظه می باشند.( معمولاً در داخل پل شمالی چیپ ست مادربرد) که معمولاً هر ۱۵ میلی ثانیه یکبار، عملیات Refresh حافظه را انجام می دهند. این بدان معناست که هر ۱۵ میلی ثانیه یکبار، همه ردیف ها در حافظه به منظور بازسازی داده ها، مجدداً خوانده می شوند.
بازسازی اطلاعات حافظه، متأسفانه وقت پردازنده را نسبت به سایر وظایف آن، بیشتر به خود اختصاص می دهد. زیرا هر سیکل بازسازی اطلاعات، به چند سیکل CPU نیاز دارد. در سیستم های قدیمی تر، سیکل بازسازی داده ها، تا ۱۰ درصد یا بیشتر از کل زمان CPU را به خود اختصاص می داد. اما در سیستم های جدید با فرکانس پردازنده چند گیگاهرتز، سیکل بازسازی حافظه کمتر از ۱ درصد کل زمان CPU می باشد. برخی سیستم ها به شما اجازه می دهند تا از طریق، CMOS Setup پارامترهای زمانبندی بازسازی حافظه را تغییر دهید. زمان بین سیکل های بازسازی حافظه(tREF)، برحسب میلی ثانیه نیست بلکه بر حسب سیکل ساعت بیان می شود.
اما توجه داشته باشید که افزایش زمان بین سیکل های بازسازی حافظه( tREF) به منظور تسریع عملکرد سیستم می تواند سبب گردد تا برخی سلول های حافظه شروع به نشت بار نمایند که می تواند سبب بروز خطای Soft error گردد. یک Soft error، نوعی خطای داده است که به وسیله یک تراشه معیوب ایجاد نمی گردد. توصیه می شود که از پارامترهای پیش فرض زمانبندی بازسازی داده ها استفاده کنید. از آنجائیکه زمان لازم برای بازسازی داده ها در حافظه، کمتر از ۱ درصد عرض باند سیستم های مدرن را به خود اختصاص می دهد، تغییر نرخ بازسازی، تأثیر کمی روی عملکرد سیستم دارد.بسیاری از سیستم های جدید، اجازه تغییر تنظیمات زمانبندی حافظه را نمی دهند و از تنظیمات اتوماتیک استفاده می کنند. روی یک سیستم دارای تنظیمات اتوماتیک، مادربرد پارامترهای زمانبندی SPD ROM را روی ماژول حافظه خوانده و سرعت های سیکل بازسازی را برای انطباق با آن تنظیم می نماید.
حافظه های DRAM، فقط از یک زوج ترانزیستور و خازن به ازای هر بیت داده استفاده می کنند و این امر امکان می دهد که آن ها بسیار متراکم بوده و ظرفیت حافظه بیشتری را به ازای هر تراشه نسبت به سایر انواع حافظه ارائه نمایند. اخیراً تراشه های DRAM با چگالی هایی تا ۴ گیگابیت( ۵۱۲MB) به ازای هر تراشه عرضه شده اند و این بدان معناست که تراشه های DRAM با ۴ میلیارد ترانزیستور یا بیشتر ساخته شده اند. این عدد خیلی بیشتراز ترانزیستورهای داخل پردازنده هاست. اما می بایست به این نکته توجه کنید که در یک تراشه حافظه، ترانزیستورها و خازن ها، در یک شبکه منظم و معمولاً مربع شکل از ساختارهای تکراری ساده ترتیب بندی شده اند. بر خلاف پردازنده که یک مدار پیچیده تر از ساختارهای متفاوت بوده و دارای عناصری است که در یک سبک نامنظم به یکدیگر متصل می باشند.
ترانزیستور مربوط به هر سلول بیت DRAM، وضعیت بار خازن مجاور خود را بررسی می کند. اگر خازن باردار باشد، سلول دارای محتوای «۱» می باشد. در صورت عدم وجود بار، محتوای داده ای آن، «۰» خواهد بود. بار موجود در خازن های کوچک، دائماً در حال خالی شدن بوده و به همین دلیل این سلول ها می بایست دائماً Refresh گردند.

حافظه کاشه: SRAM

نوع کاملاً متمایزی از حافظه که بطور قابل توجهی سریع تر از اغلب انواع حافظه DRAM عمل می کند، SRAM نام دارد. SRAM یا RAM استاتیکی، نیازی به بازسازی متناوب سلول های حافظه( همانند DRAM) ندارد. به دلیل طرح خاص SRAM، نه تنها نیازی به بازسازی سلول ها نیست بلکه SRAM خیلی سریع تر از DRAM عمل نموده و قادر به همگام شدن با سرعت های پردازنده های جدید می باشد.
حافظه SRAM، با زمان های دسترسی ۰٫۴۵ns یا کمتر موجود می باشد که می تواند همگام با پردازنده های ۲٫۲GHz یا سریع تر عمل نماید. چرا که در طراحی حافظه SRAM، یک مجموعه از شش ترانزیستور برای هر بیت حافظه وجود دارد. استفاده از ترانزیستورها( بدون خازن ها)، بدان معناست که نیازی به بازسازی متناوب سلول های حافظه نمی باشد. زیرا هیچ خازنی وجود ندارد که با گذشت زمان بار خود را از دست بدهد. مادامی که توان الکتریکی لازم به سلول های حافظه اعمال گردد، حافظه SRAM اطلاعات خود را حفظ خواهد نمود. با توجه به این خصیصه ها چرا از حافظه SRAM برای همه واحد حافظه سیستم استفاده نمی گردد؟ پاسخ این سؤال ساده است:
در مقایسه با DRAM، حافظه SRAM خیلی سریع تر می باشد، اما در عین حال به لحاظ تراکم یا چگالی سلول های حافظه، از حافظه DRAM خیلی عقب تر بوده و نیز از آن خیلی گران تر است. تراکم کمتر سلول های حافظه بدان معناست که تراشه های SRAM به لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و در کل، تعداد بیت های داده بسیار کمتری را در خود ذخیره می کنند. تعداد زیاد ترانزیستورها و طرح خوشه ای این حافظه بدان معناست که تراشه های SRAM هم به لحاظ فیزیکی، بزرگتر از تراشه های DRAM هستند و هم از جنبه تولید، گران تر از آن تمام می شوند. برای مثال یک ماژول DRAM، دارای ۵۱۲ مگابایت حافظه RAM یا بیشتر بوده در حالیکه ماژول های SRAM با همان اندازه فیزیکی، فقط ۹ مگابایت ظرفیت دارند و با وجود این حجم حافظه، با حافظه ۵۱۲ مگابایتی DRAM قیمت یکسانی خواهند داشت. هزینه بالا و محدودیت های فیزیکی مانع از آن می شود که حافظه SRAM، بعنوان حافظه اصلی برای سیستم های PC مورد استفاده قرار گیرد.
با وجودیکه حافظه SRAM برای استفاده در کامپیوترهای شخصی( بعنوان حافظه اصلی) خیلی گران می باشد، طراحان PC، روشی را برای استفاده مؤثر از SRAM یافته اند. به جای پرداخت هزینه برای حافظه SRAM، بعنوان حافظه اصلی سیستم که بتواند با سرعت CPU سازگاری داشته باشد، مقدار کوچکی از حافظه SRAM بعنوان حافظه کاشه در سیستم های کامپیوتری مورد استفاده قرار می گیرد. حافظه کاشه با سرعت های نزدیک یا حتی معادل با سرعت پردازنده عمل نموده و این همان حافظه ایست که پردازنده معمولاً مستقیماً اطلاعات را از روی آن می خواند و یا روی آن می نویسد. در طی عملیات خواندن، داده ها در حافظه کاشه سریع، در اختیار پردازنده کامپیوتر قرار می گیرد. برای تبدیل زمان دسترسی از نانوثانیه به مگاهرتز از فرمول ذیل استفاده می شود:
nanoseconds× ۱۰۰=MHz/1
به همین شکل برای تبدیل از مگاهرتز به نانوثانیه از فرمول معکوس ذیل استفاده کنید:
MHz× ۱۰۰۰= nanoseconds/1
امروزه حافظه هایی سریع تر از ۱GHz( 1 نانوثانیه) موجود هستند، اما تا اواخر دهه ۹۰ میلادی، DRAM به ۱۶MHz( شصت نانوثانیه) محدود می شد. هنگامی که سیستم های PC با فرکانس ۱۶ مگاهرتز یا کمتر اجرا می شدند، حافظه DRAM، کاملاً همگام با مادربرد و پردازنده سیستم عمل می نمود و نیازی به حافظه کاشه نداشت. اما به محض آنکه پردازنده ها، سد ۱۶ مگاهرتز را شکستند، DRAM دیگر نمی توانست همگام با سیستم عمل نماید و این دقیقاً همان زمانی بود که حافظه SRAM وارد سیستم PC گردید. این رخداد به سال ۱۹۸۶ و ۱۹۸۷ برمی گردد که در آن زمان، سیستم های مبتنی بر پردازنده های ۳۸۶ با سرعت های ۲۰ مگاهرتز و بیشتر عرضه گردیدند. این سیستم ها، اولین کامپیوترهای شخصی هستند که از حافظه کاشه استفاده نمودند. از آنجائیکه حافظه کاشه می تواند با سرعت پردازنده اجرا گردد، سیستم طوری طراحی می گردد که کنترلر کاشه، نیازهای حافظه پردازنده را پیش بینی نموده و از قبل داده های لازم را به داخل حافظه کاشه پر سرعت منتقل می کند. بدین گونه همچنان که پردازنده یک آدرس حافظه را فراخوانی می کند، داده ها می توانند از داخل حافظه کاشه ( به جای حافظه اصلی) بازیابی گردند.
میزان مؤثر بودن عملکرد حافظه کاشه به صورت hit ratio بیان می شود. این مفهوم، نسبت موفقیت های حافظه کاشه، به کل زمانهای دسترسی حافظه می باشد. یک hit هنگامی رخ می دهد که داده هایی که پردازنده به آن نیاز دارد، از حافظه اصلی به حافظه کاشه( از قبل) منتقل می شود. بدان معنا که پردازنده می تواند داده های مذکور را از حافظه کاشه بخواند. miss در حافظه کاشه هنگامی رخ می دهد که کنترلر کاشه، نیاز به یک آدرس خاص در حافظه اصلی را پیش بینی ننموده و داده های مطلوب از قبل به داخل کاشه منتقل نمی شود. در مورد دوم، پردازنده می بایست داده ها را از حافظه اصلی که سرعت آن خیلی پایین تر است، بازیابی نماید. هر بار که پردازنده داده های مورد نظر را از حافظه اصلی با سرعت خیلی کمتری نسبت به پردازنده، سیکل می زند. اگر پردازنده با حافظه کاشه روی قالب پردازنده، با سرعت ۳٫۶GHz سیکل بزند( روی یک باس ۱۳۳۳MHz)، هم پردازنده و هم حافظه کاشه روی تراشه، دارای زمان سیکل زنی ۰٫۲۸ نانوثانیه هستند در حالیکه حافظه اصلی دارای زمان سیکل زنی ۰٫۷۵ns بوده که ۵ برابر کندتر از حافظه کاشه می باشد. بنابراین هر بار پردازنده ۳٫۶ گیگاهرتزی از حافظه اصلی بخواند، راندمان عملکرد آن به ۱۳۳۳MHz تقلیل پیدا می کند. علت کندی پردازنده هنگام خواندن از روی حافظه اصلی، وجود زمان های انتظار می باشد که در آن، پردازنده هیچ کاری انجام نمی دهد. بنابراین در اینجا به اهمیت وجود حافظه کاشه پی می بریم.
برای حداقل ساختن نیاز پردازنده به خواندن داده ها از حافظه اصلی، ۲ تا ۳ لایه از حافظه کاشه در سیستم های مدرن با نام های کاشه سطح یک( L1)، سطح دو(L2) و سطح سه(L3) وجود دارند. کاشه L1 همچنین به نام کاشه داخلی نیز معروف است زیرا همیشه به عنوان بخشی از پردازنده روی قالب آن تعبیه می شود. از آنجائیکه کاشه L1 همیشه هم سرعت با هسته مرکزی پردازنده اجرا می شود، سریع ترین نوع کاشه در سیستم می باشد. همه پردازنده های ۴۸۶ و بعدی، از کاشه L1 روی قالب پردازنده استفاده می کنند. کاشه L2، اصولاً کاشه خارجی نامیده می شود زیرا هنگام ظهور خود، روی تراشه پردازنده قرار نداشت. چرا که در همه سیستم های ۳۸۶ و ۴۸۶ و پردازنده اصلی پنتیوم،این حافظه روی مادربرد قرار داشت. در این سیستم ها، کاشه L2 دارای سرعتی همسان با باس مادربرد و CPU بود زیرا روی مادربرد قرار داشته و به باس CPU متصل بود.
با توجه به بهبود عملکرد سیستم ها، طرح های بعدی پردازنده از اینتل و AMD، کاشه L2 را روی خود پردازنده قرار دادند. در همه پردازنده ها از اواخر سال ۱۹۹۹، کاشه L2 مستقیماً بعنوان بخشی از قالب پردازنده طراحی گردید. در تراشه هایی با حافظه کاشه L2 روی قالب تراشه، سرعت آن با سرعت پردازنده کاملاً یکسان می باشد. در مقابل، اغلب پردازنده های قبل از سال ۱۹۹۹ دارای حافظه های کاشه L2 روی مادربرد بودند. حافظه کاشه L2 در بسیاری از این پردازنده های قدیمی تر، دارای سرعتی معادل نصف یا یک سوم سرعت هسته پردازنده بود. سرعت کاشه خیلی مهم است بنابراین سیستم های دارای حافظه کاشه L2 روی مادربرد، کندتر عمل می نمودند. قرار دادن L2 در داخل پردازنده، سرعت آن را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
پردازنده هایی با حافظه کاشه L2داخلی، سریع تر از موردهای نصب شده روی مادربرد عمل می نمایند؛ بنابراین اغلب مادربردهای طراحی شده برای پردازنده هایی با کاشه داخلی، هیچ فضایی برای نگهداری حافظه کاشه روی مادربرد ندارند.
حافظه کاشه L3 در ایستگاه های کاری پر قدرت و پردازنده های سرور همانند زئون و خانواده ایتانیوم از سال ۲۰۰۱ به بعد وجود دارد. اولین پردازنده رومیزی با کاشه L3، Pentium 4 Extreme Edition نام گرفت. این یک تراشه سطح بالاست که در اواخر سال ۲۰۰۳ معرفی گردید و دارای ۲ مگابایت حافظه کاشه L3 روی قالب پردازنده می باشد. با وجودیکه پیش بینی می شد از کاشه L3 بطور وسیعی در پردازنده های دسک تاپ استفاده گردد، اما نسخه های بعدی Pentium 4 Extreme Edition، از کاشه L3 استفاده نکردند و در عوض از کاشه L2 بزرگتر، بمنظور بهبود عملکرد پردازنده بهره گیری کردند. کاشه L3 در سال ۲۰۰۷ با ظهور AMD Phenom و در سال ۲۰۰۸ با Intel Core i7، ( که هر دو دارای چهار هسته روی یک قالب پردازنده بودند) به حوزه پردازنده های PC بازگشت. کاشه L3 بویژه برای پردازنده هایی با چهار هسته یا بیشتر مناسب است چرا که همه هسته ها می توانند این کاشه( روی قالب پردازنده) را با یکدیگر به اشتراک گذارند. کلید فهم حافظه کاشه و حافظه اصلی، بررسی این نکته است که در کجای معماری سیستم به آن ها نیاز داریم.

انواع حافظه RAM

مسأله سرعت و عملکرد حافظه، تا حدودی گمراه کننده است؛ زیرا سرعت حافظه معمولاً برحسب نانوثانیه بیان می شود و سرعت پردازنده، با واحد مگاهرتز یا گیگاهرتز ارائه می گردد. اگر چه اخیراً برخی انواع جدیدتر و سریع تر حافظه با سرعت های بیان شده بر حسب مگاهرتز عرضه می گردند که این به ابهام قبلی می افزاید. یک نانوثانیه، معادل با یک میلیاردیم ثانیه است. برای اینکه درک بهتری از این واحد زمانی داشته باشیم سرعت نور را در خلاء در نظر بگیرید. نور در خلاء دارای سرعتی معادل ۲۹۹۷۹۲ کیلومتر در ثانیه است. در یک میلیاردیم ثانیه، نور فقط ۲۹٫۹۸ سانتیمتر را طی می کند.
سرعت های تراشه و سیستم، برحسب مگاهرتز که به معنای یک میلیون سیکل بر ثانیه و گیگاهرتز که یک میلیارد سیکل در ثانیه می باشد، بیان می گردد. پردازنده های امروزی در طیف ۲GHz-4GHz اجرا می شوند که بیشتربهبودهای عملکرد، ناشی از اعمال تغییرات در طرح CPU( مثل چند هسته ای) است تا افزایش سرعت صرف کلاک پردازنده.
از آنجاییکه صحبت در مورد سرعت سی پی یو کمی گمراه کننده است، فکر می کنم جالب باشد ببینیم آنها چگونه با هم مقایسه می شوند. قبلاً به شما نشان دادیم که چگونه به صورت ریاضی این مقادیر را به یکدیگر تبدیل کنید.
در تاریخ PC، همواره شاهد بوده ایم که حافظه در همگام شدن با CPU( به لحاظ زمانی) با مشکل مواجه بوده است و به همین خاطر از چندین سطح حافظه کاشه، برای گرفتن درخواست های پردازنده از حافظه اصلی کندتر( در میانه راه) استفاده گردیده است. اگرچه اخیراً سیستم هایی که از DDR2، DDR و DDR3 SDRAM استفاده می نمایند، دارای عملکرد باس حافظه معادل با باس پردازنده هستند. هنگامیکه سرعت باس حافظه، معادل با سرعت باس پردازنده باشد، عملکرد حافظه اصلی برای آن سیستم در وضعیت بهینه است.
در سال ۲۰۰۷ حافظه DDR2 و DDR3 با سرعت هایی تا ۱۰۶۶MHz و بالاتر به بازار آمدند. در سال ۲۰۰۹، حافظه DDR3 با سرعت هایی تا ۱۶۰۰MHz در سیستم های جدید به شدت محبوبیت یافت.

Fast Page mode DRAM

حافظه DRAM استاندارد، از طریق تکنیکی به نام Paging قابل دسترسی می باشد. دسترسی نرمال به حافظه مستلزم آن است که یک آدرس ردیف و ستون انتخاب شود که این کار مستلزم تلف شدن زمان می باشد. Paging امکان دسترسی سریع تر به همه داده ها در یک ردیف معین از حافظه را با حفظ آدرس ردیف و تغییر آدرس ستون میسر می سازد. حافظه ای که از این تکنیک استفاده می کند، حافظه Fast Page mode DRAM نام دارد. حافظه صفحه بندی شده( Paged)، یک طرح ساده برای بهبود عملکرد حافظه می باشد که حافظه را به صفحاتی از ۵۱۲ بایت تا چند کیلوبایت تقسیم می کند. سپس مدار Paging امکان می دهد تا مکان های حافظه در یک صفحه، با تعداد کمتری حالت انتظار، قابل دسترسی باشند. اگر مکان حافظه مطلوب خارج از صفحه فعلی باشد، برای انتخاب صفحه جدید، یک یا چند حالت انتظار اضافه می گردد. برای بهبود بیشتر در سرعت های دسترسی به حافظه، سیستم ها در جهت تسریع دسترسی به حافظه DRAM، متحول گردیده اند. یک تغییر مهم، قابلیت دسترسی به burst mode می باشد که در پردازنده های ۴۸۶ به بعد مورد استفاده قرار گرفت. burst mode از طبیعت متوالی اغلب دسترسی ها به حافظه بهره گیری می نماید. پس از تنظیم آدرس های ردیف و ستون برای یک دسترسی معین به حافظه با استفاده از burst mode، شما می توانید به سه آدرس مجاور بعدی( بدون تأخیر اضافی یا حالت های انتظار) دسترسی یابید. دسترسی burst mode معمولاً به چهار دسترسی کامل محدود می شود. برای تشریح این وضعیت، ما اغلب به زمانبندی در تعداد سیکل های مربوط به هر دسترسی مراجعه می کنیم. دسترسی در burst mode به صورت y-y-x-y بیان می شود. x زمان مربوط به اولین دسترسی( تأخیر + زمان سیکل) و Y تعداد سیکل های مورد نیاز برای هر دسترسی متوالی را ارائه می کند.
حافظه DRAM استاندارد( ۶۰ نانوثانیه) معمولاً دارای زمانبندی burst mode به صورت ۵-۳-۳-۳ می باشد. این بدان معناست که اولین دسترسی، به ۵ سیکل زمانی( در یک باس سیستم ۶۶ مگاهرتزی، این زمان به صورت ۱۵ns=75ns×۱۰۰ محاسبه می گردد) و سیکل های بعدی هرکدام سه سیکل زمانی را به خود اختصاص می دهند( ۱۵ns=45ns× ۳). همانطور که می بینید، زمانبندی واقعی سیستم تا حدی کمتر از سرعت اسمی حافظه می باشد. بدون تکنیک bursting، دسترسی به حافظه به صورت ۵-۵-۵-۵ می باشد. زیرا تأخیر کاملی برای هر انتقال حافظه لازم خواهد بود. حافظه DRAM که از Paging و bursting پشتیبانی می کند، حافظه Fast Page mode DRAM یا FPM نام دارد.
برای تسریع دسترسی به حافظه FPM، تکنیک دیگری به نام interleaving وجود دارد. در این طرح، دو بانک جداگانه از حافظه با یکدیگراستفاده می گردند و دسترسی به صورت متناوب از یکی به دیگری( بعنوان بانک های زوج و فرد) سوئیچ می گردد. هنگامی که یکی از بانک ها مورد دسترسی قرار می گیرد، بانک دیگر در حال شارژ مجدد می باشد و آدرس های ردیف و ستون آن انتخاب می شود. سپس همین که بانک اولی در این زوج بانک، عملیات بازگرداندن داده ها را به اتمام رساند، بانک دوم با احتساب قسمت تأخیر سیکل زمانی، این مرحله را به پایان رسانده و اکنون آماده بازگرداندن داده ها به CPU می باشد. در حالیکه بانک دوم داده ها را باز می گرداند، بانک اول در حال شارژ مجدد و انتخاب آدرس ردیف و ستون دسترسی بعدی می باشد. این همپوشانی دسترسی ها در دو بانک، اثر تأخیر یا سیکل های شارژ مجدد را کاهش داده و امکان بازیابی داده ها را به صورت سریع تر ممکن می نماید. تنها مشکل روش interleaving آن است که شما می بایست زوج های مشابهی از بانک ها را با یکدیگر نصب کنید که این امر، مقدار SIMMها یا DIMMها را دو برابر می کند. این روش در سیستم های حافظه با پهنای ۳۲ بیت محبوبیت داشت اما در خانواده پنتیوم به دلیل عرض حافظه ۶۴ بیتی، محبوبیت خود را از دست داد. برای اجرای interleaving در یک سیستم پنتیوم، شما می بایست در آن واحد، حافظه ۱۲۸ بیتی را نصب کنید بدان معنا که چهار SIMM 72 پین یا دو DIMMرا برای این کار نیاز دارید.

EDO(Extended Data out RAM)

در سال ۱۹۹۵، نوع جدیدتری از حافظه به نام Extended Data out RAM ابداع گردید که در سیستم های پنتیوم مورد استفاده قرار گرفت. EDO( شکل اصلاح شده ای از FPM) گاهی اوقات با نام Hyper Page mode نیز مطرح می شود. تکنیک EDO توسط شرکت Micron Technology ابداع گردید. اگرچه شرکت Micron Technology، مجوز محصول خود را به تعداد زیادی از شرکت های سازنده حافظه کامپیوتر اعطا نمود. حافظه EDO دارای تراشه های مخصوصی است که امکان یک همپوشانی زمانی را بین دسترسی های متوالی فراهم می کند. نام Extended Data out RAM از این حقیقت برگرفته شده است که برخلاف FPM، درایورهای خروجی داده روی تراشه، هنگامی که کنترلر حافظه آدرس ستون را برای شروع سیکل بعدی حذف می کند، غیرفعال نمی گردد. این کار امکان می دهد تا سیکل بعدی حافظه با مورد قبلی همپوشانی نموده و سبب صرفه جویی زمانی به میزان ۱۰ نانوثانیه به ازای هر سیکل می گردد.
نقش EDO در جهت سرعت بخشیدن به حافظه آن است که با فعال نگه داشتن کنترلر حافظه برای شروع یک دستورالعمل جدید، آدرس ستون( ضمن خواندن داده ها در آدرس فعلی) سیکل های زمانی حافظه بهبود می یابد. این روش با روشی که در سیستم های قدیمی تر از طریق interleaving بانک های حافظه انجام می گیرد، مشابه می باشد اما برخلاف interleaving با EDO شما نیازی به نصب دو بانک مشابه حافظه به طور همزمان در سیستم خود نخواهید داشت.
EDO-RAM دارای ترتیب سیکل های زمانی burst mode به صورت ۲-۲-۲-۵ می باشد. این را با ترتیب ۳-۳-۳-۵ که در حافظه های Fast Page mode DRAM مورد استفاده قرار می گیرند، مقایسه کنید. برای انجام چهار انتقال از حافظه، EDO به یازده سیکل زمانی کامل نیاز دارد در حالی که FPM به چهارده سیکل کامل نیاز خواهد داشت. این به معنای ۲۲ درصد بهبود در زمان سیکل بندی حافظه می باشد. اما در آزمایشات عملی، میزان بهبود در حدود ۵ درصد محاسبه می شود. با وجودیکه بهبود عملکرد سیستم در کل کوچک به نظر می رسد، نکته مهم در مورد EDO آن است که این روش از تراشه DRAM اصلی مورد استفاده در FPM، بهره گیری نموده است. بدان معنا که هیچ هزینه اضافی نسبت به FPM در این تکنولوژی صرف نمی گردد.
EDO-RAM معمولاً به شکل SIMM با ۷۲ پین عرضه می گردد. برای استفاده واقعی از حافظه EDO، چیپ ست مادربرد از سال ۱۹۹۵ ( Intel 430FX) تا ۱۹۹۷( Intel 430TX) از تکنیک EDO پشتیبانی می نمود. از آنجائیکه هزینه ساخت تراشه های حافظه EDO با تراشه های استاندارد یکسان است و نیز با توجه به پشتیبانی شرکت اینتل از تراشه های EDO در همه چیپ ست های خود، بازار PC به یکباره به سمت استفاده از EDO شتاب گرفت.
EDO-RAM برای سیستم هایی با سرعت باس تا ۶۶ مگاهرتز بسیار مناسب بود اما از سال ۱۹۹۸ بازار مربوط به حافظه های EDO، با ظهور معماری جدیدتر و سریع تر SDRAM رو به کاهش نهاد.
شکل دیگری از حافظه Burst EDO، EDO نام دارد. حافظه BEDO اصولاً همان حافظه EDO با ویژگی های خاص burst mode به منظور افزایش سرعت انتقال داده ها نسبت به EDO استاندارد می باشد. متأسفانه فقط یک چیپ ست( Intel 440FX) از
آن پشتیبانی نمود و در نتیجه این تکنیک به سرعت به وسیله حافظه SDRAM جایگزین گردید. BEDO هرگز عملاً وارد خط تولید نگردید.

SDRAM

SDRAM، یا همان Synchronous DRAM، نوعی حافظه DRAM می باشد که همگام با باس حافظه اجرا می شود. حافظه SDRAM، اطلاعات را با سرعت خیلی بالا و با استفاده از اینترفیس سریع انتقال می دهد. حافظه SDRAM اغلب تأخیرهای موجود در DRAM آسنکرون را ندارد. زیرا سیگنال ها از قبل با ساعت مادربرد همزمان گشته اند.
همانند EDO-RAM، چیپ ست شما می بایست از این نوع حافظه پشتیبانی کند. از سال ۱۹۹۷ با معرفی چیپ ست های ۴۳۰DX و ۴۳۰TX، اغلب چیپ ست های اینتل از حافظه SDRAM بعنوان محبوب ترین نوع حافظه برای سیستم های جدید استفاده می کنند.
عملکرد حافظه SDRAM بسیار بهتر از FPM یا EDO-RAM می باشد. از آنجائیکه SDRAM هنوز نوعی حافظه DRAM محسوب می شود، تأخیر زمانی اولیه در آن همچنان باقی است اما کل زمان های سیکل، خیلی سریع تر از حافظه FPM یا EDO می باشد. زمان بندی SDRAM برای یک دسترسی burst mode به صورت ۱-۱-۱-۵ می باشد. بدان معنا که چهار عمل خواندن از حافظه فقط در هشت سیکل باس سیستم تکمیل می گردد. این مقدار را با یازده سیکل مربوط به EDO و چهارده سیکل زمانی مربوط به FPM مقایسه کنید. این مسأله باعث می گردد تا حافظه SDRAM، ۲۰ درصد سریع تر از EDOباشد. به همین دلیل اغلب سیستم های جدید PC از سال ۱۹۹۸ تاکنون از حافظه SDRAM بهره گیری می کنند.
SDRAM به شکل DIMM فروخته می شود و به جای واحد نانوثانیه با واحد مگاهرتز درجه بندی می گردد.

DDR SDRAM

حافظه DDR SDRAM، یک تحول انقلابی نسبت به حافظه SDRAM استاندارد می باشد که در آن داده ها دو برابر سریع تر منتقل می شوند. به جای دو برابر کردن فرکانس ساعت، حافظه DDR با انتقال دو برابر داده به ازای هر سیکل انتقال، به سرعت دو برابر دست می یابد: یک انتقال داده در لبه پایین رونده و دیگری درلبه بالا رونده هر سیکل صورت می گیرد. این مشابه با روشی است که SDRAM عمل می نماید و بدین وسیله نرخ انتقال را دو برابر می کند.
SDRAM DDR در طی سال ۲۰۰۰ به بازار عرضه گردید اما تا ظهور مادربردها و چیپ ست های پشتیبانی کننده از آن، تا سال ۲۰۰۱ نتوانست سهمی از بازار را به خود اختصاص دهد. SDRAM DDR از یک ماژول جدید DIMM با ۱۸۴ پین استفاده می کند. DIMM DDRها، دارای تنوعی از سرعت ها بوده و معمولاً به ولتاژ ۲٫۵ ولت نیاز دارند. آن ها اساساً شکل توسعه یافته ای از DIMM SDRAM های استاندارد می باشند که برای پشتیبانی از double Clocking که در آنجا به ازای هر سیکل ساعت، دو انتقال صورت می گیرد، مجدداً طراحی گشتند. برای متمایز شدن از DDR معمولی اغلب SDR، SDRAM نامیده می شود.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM، یک نسخه سریع تر از حافظه SDRAM DDR می باشد: این نوع حافظه دارای خروجی قوی تر با استفاده از زوج های تفاضلی از سیم های انتقال سیگنال به منظور امکان سیگنالینگ سریع تر، بدون نویز و مشکلات تداخل می باشد. حافظه DDR2 همانند حافظه DDR، دارای نرخ ارسال دو برابر می باشد اما روش سیگنالینگ اصلاح شده آن، امکان دستیابی به سرعت های بالاتر با ایمنی بیشتر در مقابل نویز را بین سیگنال ها فراهم می نماید. سیگنال های اضافی مورد نیاز برای زوج های تفاضلی، سبب افزایش تعداد پین ها می گردد. DDR2 DIMها دارای ۲۴۰ پین می باشند که طبعاً از ۱۸۴ پین حافظه DDR، بیشتر است. مشخصه اصلی DDR در ۴۰۰ مگاهرتز به سقف خود می رسد در حالی که حافظه DDR2 در فرکانس ۴۰۰ مگاهرتز آغاز گشته و تا ۱۰۶۶ مگاهرتز ادامه پیدا می کند.
DDR2 DIMMها، شباهت زیادی به DDR DIMMها دارند اما دارای پین های بیشتری نسبت به آن ها بوده و از شکاف های متفاوتی برای جلوگیری از نصب اشتباه حافظه، استفاده می کنند. ماژول حافظه DDR2 دارای ۲۴۰ پین می باشد که این تعداد به طور قابل توجهی بیش از حافظه DDR متعارف یا SDRAM DIMM می باشد.
علاوه بر فراهم نمودن سرعت ها و عرض باند بیشتر، DDR2 دارای مزایای دیگری می باشد. این حافظه از ولتاژ کمتری نسبت به حافظه متداول DDR استفاده می نماید( ۱٫۸V در مقایسه با ۲٫۵V). بنابراین مصرف توان و تولید حرارت کاهش می یابد. از آنجائیکه روی تراشه های DDR2، به تعداد پین های بیشتری نیاز داریم، این تراشه ها معمولاً از روش بسته بندی FPGA به جای TSOP استفاده می کنند.
در آوریل سال ۱۹۹۸، کنسرسیوم JEDEC و اعضای آن، کار روی مشخصه DDR2 را آغاز نموده و در ماه سپتامبر سال ۲۰۰۳، این استاندارد را عرضه نمودند. تولید تراشه DDR2 از اواسط سال ۲۰۰۳ آغاز گردید و اولین چیپ ست ها، مادربردها و سیستم هایی که از DDR2 پشتیبانی می نمودند در اواسط سال ۲۰۰۴ به بازار عرضه شدند. تولید با حجم انبوه تراشه های DDR2 و ماژول های آن در اواخر سال ۲۰۰۳ آغاز گردید و عرضه چیپ ست ها و مادربردهای پشتیبانی کننده از این نوع حافظه در اواسط سال ۲۰۰۴ وارد بازار شد. گزینه های دیگری از حافظه DDR2 همانند G-DDR2(DDR2 گرافیکی) در برخی از کارت های گرافیکی سطح بالا نیز استفاده می گردد. پشتیبانی گسترده از DDR2 در سیستم های مبتنی بر اینتل در سال ۲۰۰۵ آغاز گردید. فقدان پشتیبانی از DDR2 در سیستم های AMD در سال ۲۰۰۵ کاملاً مشهود بود که در آن زمان خانواده پردازنده های AtHlon 64 و Opteron از کنترلرهای مجتمع حافظه DDR استفاده می کردند. سیستم های مبتنی بر پردازنده AMD در نیمه سال ۲۰۰۶ ( با عرضه مادربردهای مجهز به سوکت AM2)، پشتیبانی از DDR2 را آغاز نمودند( سوکت F نیز از حافظه DDR2 پشتیبانی می کند).
توجه به این نکته جالب است که AMD دو سال بعد از اینتل، از DDR به DDR2 سوئیچ نمود. چرا که AMD به جای قرار دادن کنترلر حافظه در چیپ ست پل شمالی، آن را در خود آتلون ۶۴( و پردازنده های بعد از آن)تعبیه نمود. علیرغم جنبه های مثبتی که در این کار وجود دارد، یک جنبه منفی این امر، عدم سازگاری سریع با معماری های جدید حافظه می باشد زیرا انجام این کار نیاز به طراحی مجدد پردازنده و سوکت پردازنده را در پی خواهد داشت. اگرچه با عرضه پردازنده های Core i7 در سال ۲۰۰۸، اینتل کنترلر حافظه از چیپ ست به پردازنده منتقل نمود.

DDR3

DDR3 آخرین استاندارد حافظه JEDEC می باشد. این استاندارد، امکان ارائه سطوح عملکرد بالاتر همراه با مصرف توان پایین تر و قابلیت اعتماد بالاتر نسبت به DDR2 را فراهم می نماید. JEDEC کار روی مشخصه های DDR3 را از ژوئن ۲۰۰۲ آغاز نمود و اولین ماژول حافظه DDR3 و چیپ ست های پشتیبان( نسخه های سری ۳xx اینتل)، برای سیستم های مبتنی بر اینتل، در نیمه سال ۲۰۰۷ آغاز گردید. بواسطه هزینه بالای اولیه و پشتیبانی محدود، DDR3 تا اواخر سال ۲۰۰۸( یعنی هنگامیکه اینتل پردازنده Core i7 را با کنترلر حافظه سه کاناله DDR3 ارائه نمود) محبوبیت چندانی نیافت. در اوائل ۲۰۰۹، هنگامیکه AMD نسخه های Phenom II با سوکت AM3( اولین پردازنده AMD که از DDR3 پشتیبانی می نمود) را عرضه نمود، محبوبیت DDR3 افزایش یافت. در طی سال ۲۰۰۹، با داشتن پشتیبانی کامل هر دو شرکت اینتل و AMD، قیمت های حافظه DDR3 شروع به رقابت با DDR2 نمود.
ماژول های DDR3، از طرح های پیشرفته سیگنال شامل self-drive calibration و data synchronization همراه با یک سنسور حرارتی onboard بهره گیری می نمایند. حافظه DDR3 به۱٫۵Vبرق نیاز دارد که بیست درصد کمتر از ولتاژ ۱٫۸V مورد استفاده در DDR2 است. ولتاژ کمتر همراه با راندمان بالاتر، در کل مصرف توان را در مقایسه با DDR2 به میزان سی درصد کاهش می دهد.
DDR3 مناسب ترین گزینه برای سیستم هایی است که در آنها باس پردازنده/ حافظه، با فرکانس ۱۳۳۳MHz و بالاتر کار می کنند( که از حداکثر میزان ۱۰۶۶MHz پشتیبانی شده توسط DDR2 بیشتر است). برای حافظه های سریع تر در سیستم های استاندارد( اورکلاک نشده)، ماژول های DDR3 با مشخصه ۱۰۶۰۰-PC3 و PC3-12800 به ترتیب سرعت ارسال بایت ۱۰۶۶۷MBps و ۱۲۸۰۰MBps امکان پذیر می سازند. هنگامیکه با قابلیت دوکاناله ترکیب شود، یک زوج ماژول ۱۲۸۰۰-PC3، منجر به خروجی کل ۲۵۶۰۰۰MBps می گردد. پردازنده هایی با پشتبانی سه کاناله( همانند Core 7)، با استفاده از DDR3-1333 و DDR3-1600، دارای عرض باندهای حافظه، بترتیب ۳۲۰۰MBps و ۳۸۴۰۰MBps می باشند. جدول زیر انواع ماژول های حافظه DDR3 و مشخصه های عرض باند آنها را نشان می دهد.
ماژول های ۲۴۰ پین DDR3، در تعداد پین، اندازه و شکل با ماژول های DDR2 مشابه هستند؛ اگرچه ماژول های DDR3 با مدارات DDR2 ناسازگار بوده و غیرقابل جابجایی می باشند.

RDRAM

حافظه RDRAM دارای یک طرح نسبتاً بنیادی است که از سال ۱۹۹۹ تا سال ۲۰۰۲ در سیستم های سطح بالای PC مورد استفاده قرار گرفت. اینتل در سال ۱۹۹۶، قراردادی را با شرکت Rambus امضاء نمود که تضمین نمود که از حافظه RDRAM تا سال ۲۰۰۱ پشتیبانی کند. پس از سال ۲۰۰۱، اینتل از حافظه RDRAM در سیستم های موجود پشتیبانی نمود اما تراشه های جدید و مادربردها اصولاً به سمت حافظه DDR SDRAM شیفت پیدا کردند و همه چیپ ست های بعدی اینتل و نیز مادربردهای آن برای کار با استاندارد جدید DDR2 طراحی می شوند. قصد بر آن بوده است که استانداردهای RDRAM از پردازنده های سریع تر تا سال ۲۰۰۶ پشتیبانی نمایند اما بدون پشتیبانی اینتل از چیپ ست های آینده، تعداد سیستم های کمی مبتنی بر حافظه RDRAM در سال ۲۰۰۳ فروخته شد و در واقع بعد از آن هیچ سیستمی از این نوع به فروش نرسید.
به واسطه فقدان پشتیبانی صنعتی از سوی سازندگان چیپ ست و مادربرد، حافظه RDRAM دیگر نقش مهمی را در کامپیوترهای شخصی آینده بازی نکرد.
منبع:نشریه بزرگراه رایانه، شماره ۱۳۲٫

 

لینک ثابت

icon برچسب ها:
  • نوشته: مدیر سایت articlefa.ir
  • تاریخ: ۱۹ اردیبهشت ۱۳۹۰
  • يك نظر

  • نظرات ارزشمند خود را در مورد این مقاله از فرم ارسال نظر که در اخر همین صفحه وجود دارد برای ما ارسال کنید تا در سایت نمایش داده شودنظرات شما بعد از بررسی در سایت نمایش داده خواهد شد نمایش نظرات به معنای تایید انها توسط سایت نیست ونظرات شخصی بازدید کنندگان سایت در مورد این مقاله هست لازم به ذکر هست که به دلیل حجم بالای کاری امکان پاسخ به نظرات توسط مدیریت سایت وجود ندارد در اینده نزدیک با افتتاح تالار گفتگو کاربران میتواند با هم به بحث وتبادل نظر بپردازند پیشاپیش از اینکه نظرات ارزشمند خود را در مورد این مطلب به سایت ارسال می کنید از شما ممنون هستیم
    بابک معصومی در ساعت ۱:۵۳ ب.ظ - گفته است:
    تاریخ: ۱۳ آذر ۱۳۹۰

    سلام
    یه نظری داشتم در مورد مقالاتتون
    اونم اینکه مقالاتتون اصلا عکس نداره من که ندیدم اگر داشته باشه خیلی کمه
    به نظر من اگه همراه با اموزش موارد، عکس هایی از موردی که داره اموزش داده میشه باشه خوب میشه
    این هم به درک موضوع کمک می کنه و هم به زیبایی مقاله
    به نظر من اینجوری بدون عکس، مقاله روح نداره و نمی تون با کابر ارتباط برقرار کنه
    با تشکر

    ارسال نظر

    نام:

    ایمیل:

    وب سایت:

    متن و پیام شما:
    ضمن تشکر از شما برای ارسال نظرات ارزشمند خود در مورد این مطلب لطفا نظرات خود را به صورت فارسی تایپ کنید همچنین نظرات شما بعد از بررسی توسط مدیر سایت در سایت قرار خواهد گرفت